5. Пример расчета вторичного источника электропитания

5.1. Схема электрическая структурная разрабатываемого устройства

В соответствии с вариантом №0 источник электропитания должен обеспечить два номинала постоянного напряжения. Одно из этих напряжений стабилизируется с помощью параметрического стабилизатора напряжения. Для решения поставленной задачи выбираем следующее построение схемы электрической структурной разрабатываемого устройства, рис. 5.1.

Рис. 5.1. Схема электрическая структурная источника постоянного тока.

1. Сеть; 2. Вторичный источник электропитания; 2.1. Выпрямитель; 2.1.1. Силовой трансформатор; 2.1.2. Схема выпрямления; 2.1.3. Сглаживающий фильтр;

2.2. Параметрический стабилизатор напряжения; 3. Нагрузки.

5.2. Порядок расчета

Расчет источника питания начинаем с анализа требований технического задания к параметрам напряжений и токов для заданных нагрузок. Далее, расчет производится в следующем порядке: стабилизатор, выпрямитель с фильтром, трансформатор. Если требуемые параметры постоянного напряжения могут быть обеспечены без стабилизатора напряжения, расчет следует начинать с выпрямителя. Входные параметры получаемые на соответствующих этапах расчета с служат исходными данными для следующего этапа расчета.

5.3. Электрический расчет вторичного источника электропитания

5.3.1. Расчет параметрического стабилизатора напряжения

Вариант 0

Исходные данные:

1) U_вых - номинальное выходное напряжение;

2)  U_вых - максимальное допустимое отклонение выходного напряжения от номинала;

3) I_{н макс} - максимальное значение тока нагрузки;

4) I_{н мин} - минимальное значение тока нагрузки;

5) Изменения входного напряжения, где Е_вх – номинальное значение входного напряжения параметрического стабилизатора

а) б) ;

6) коэффициент пульсации на входе стабилизатора

,

где - амплитуда переменной составляющей на входе стабилизатора;

7) — максимально допустимая относительная нестабильность выходного напряжения при изменении входного напряжения в заданных пределах;

8) — максимально допустимая нестабильность выходного напряжения, обусловленная изменением тока нагрузки в заданных пределах;

9) К_{п вых} - максимально допустимый коэффициент пульсации на выходе стабилизатора.

I_cт

R_г

I_cт

R_B

R_н

–

+

Е_вх

VD

Рис. 5.2. Схема параметрического стабилизатора к примеру расчета

Рассчитаем схему стабилизатора, приведенную на рис. 5.2.

Численные значения исходных данных:

U_вых = 8 В; U_вых = ±1,0 В; I_{н макс} = 5 мА; I_{н мин} = 3 мА; а_мин = 0,9; а_макс = 1,1; а_п = 0,1; а_{вых. с} = ±0,3 ^ 10^–2; а_н = 0,4 ^ 10^–2 = 0,4%; а_{п вых}  0,3  10^–2.

1. Исходя из заданных параметров, выбираем схему однокаскадного стабилизатора с одним стабилитроном.

Выбираем по справочным данным стабилитрон Д 814 А, для которого U_cт=7,75 ± 0,75 В; при этом U_{cт мин} = 7 В; U_{cт макс} = 8,5 В; U_{вых мин} = 1 В; U_{выхмакс}=0,5 В.

2. Допустимое выходное сопротивление стабилизатора

(Ом).

3. С учетом требования I_стмин I_{стминдоп} определяем режим работы стабилизатора при котором суммарное дифференциальное сопротивление стабилизатора меньше R_{вых доп}. Выбираем I_cтмин=5 мА.

Для этого тока из характеристик стабилитрона Д 814 А или по справочным данным определяем R_d~ = 6 Ом.

4. Определяем минимально необходимое значение коэффициента стабилизации:

5. Максимальный возможный коэффициент стабилизации:

Примечание: Обычно значение К_cтдоп  (0,50,8) К_{cт макс}, в противном случае однокаскадная схема стабилизации не используется и следует использовать двухкаскадную или мостовую схемы параметрических стабилизаторов.

6. Необходимое входное напряжение стабилизатора:

Выбираем Е_вх = 24 В.

7. Внутреннее сопротивление источника питания (выпрямителя):

R_в = (0,10,15) (Ом).

8. Определяем величину гасящего сопротивления

(Ом).

Выбираем резистор с допуском ± 5% R^’_г =820 Ом ± 5%; R^’_гмин= 779 Ом; R^’_гмакс=861 Ом.

Определяем максимальное значение мощности рассеяния резистора R^’_г

P_R = R^’_гмакс (I_{cт макс} + I_{н мин}) = 861 [(19 + 3) 10^-3]² = 0,417 (В^.А).

Выбираем резистор и его тип

R^’_г - С2-1-0,5-820 Ом ± 5%

9. Уточняем коэффициент стабилизации, с учетом того, что R_г=R^’_г + R_в:

.

10. Коэффициент сглаживания пульсации:

.

11. Относительная амплитуда (коэффициент) пульсации напряжения на выходе стабилизатора:

.

12. Уточняем минимальное значение тока стабилитрона

(мА),

что достаточно близко к выбранному значению.

13. Максимальный ток стабилитрона

(мА),

так как для стабилитрона Д 814 А при Т_макс =50С; I_{cm макс} = 40 мА, то выбранный режим работы стабилитрона допустим.

14. Определяем входные токи:

максимальный — I_{вх. макс} = I_{cт макс} + I_{н мин} = 19 + 3 = 22 (мА),

и номинальный — (мА).

15. Определяем максимальное и номинальное значение входной мощности выпрямителя:

.

16. Номинальный и минимальный КПД: